CN109814127A - 高分辨tof成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

一高分辨TOF成像系统包括一控制处理单元和一TOF摄像模组，其中该TOF摄像模组与该控制处理单元可通信地连接，并且该TOF摄像模组包括一光源单元和一CCD感光单元。该光源单元接收一控制信号，用于朝一被测目标发出一发射光，该CCD感光单元同步接收该控制信号，用于感应被该被测目标发射回的一反射光，以产生一数字数据，该控制处理单元的一处理模块接收并处理该数字数据，以生成该深度数据。

Description

高分辨TOF成像系统及方法

技术领域

本发明涉及TOF(飞行时间，Time of Flight)领域，特别是涉及一高分辨TOF成像系统及方法。

背景技术

飞行时间法(Time Of Flight，TOF)通过测量一测量仪器发出的脉冲信号从发射到接收的时间间隔t(常被称为脉冲测距法)或激光往返被测物体一次所产生的相位(相位差测距法)来实现对被测物体(或被测物体检测区域)的三维结构或三维轮廓的测量。TOF测量仪器可同时获得灰度图像和距离图像，广泛应用在体感控制、行为分析、监控、自动驾驶、人工智能、机器视觉和自动3D建模等诸多领域。

对于传统TOF测量仪器，如TOF相机，对被测物体的深度或三维结构的测量主要是基于脉冲信号或激光的相位差的测量。所述TOF测量仪器通常包括一光源发生模块和一感光接收模块，所述光源发射模块与所述感光接收模块相配合，并基于TOF深度测量生成被测目标的深度信息。更具体地说，所述光源发射模块发射一特定波段的光波，所述发射光波在被测目标的表面发生反射，以被所述感光接收模块所接收，进而，所述感光接收模块根据发射光波和接收光波之间的时间差或者相位差计算出被测目标的深度信息。所述TOF测量仪器不仅能够获取被测目标的深度信息，同时，还能如传统摄像模组般获取被测目标的灰度信息和亮度信息。

然而，现有的传统TOF测量仪器，如TOF相机，都采用CMOS芯片作为感光接收模块，用于采集深度信息，使得所述传统TOF测量仪器的分辨率低，一般所述传统TOF测量仪器的分辨率都在224*172以下，并且所述传统TOF测量仪器所获得的图像噪点较多(图像粗糙)，影响后期深度计算精度，进而降低所述传统TOF测量仪器对三维结构或三维轮廓的测量精度。

此外，由于现有的传统TOF测量仪器只支持单一深度测量，无法采集颜色信息，因此所述传统TOF测量仪器不能同步地实时采集深度信息和颜色信息，也就是说，所述传统TOF测量仪器只能获得灰度图像，无法展现真实世界的色彩，对后期还原三维场景带来极大的不便，导致其无法被广泛地应用，更无法适应当下电子设备视觉享受的发展潮流。

另外，所述传统TOF测量仪器无法采集方向数据，使得所述传统TOF测量仪器所获得的图像缺失方向信息，进一步影响三维场景的还原效果，而无法被应用于互动娱乐、动作姿态探测、工业控制等等领域。

发明内容

本发明的一目的在于提供一高分辨TOF成像系统及方法，其能够提高所采集的图像的分辨率。

本发明的另一目的在于提供一高分辨TOF成像系统及方法，其中所述高分辨TOF成像系统包括一CCD感光单元，以充分利用CCD的高速曝光特性来实现深度测量。

本发明的另一目的在于提供一高分辨TOF成像系统及方法，其降低图像噪点，以提高后期深度计算的精度，从而提高所述高分辨TOF成像系统所获得的图像的画质。

本发明的另一目的在于提供一高分辨TOF成像系统及方法，其能够同步采集颜色信息和深度信息，以实现实时采集RGBD信息(带有深度信息的RGB图像)。

本发明的另一目的在于提供一高分辨TOF成像系统及方法，其能够融合颜色信息和深度信息，以使普通的RGB图像信息带有深度信息，用于获得带有颜色的三维图像，进而高度还原真实的三维场景。

本发明的另一目的在于提供一高分辨TOF成像系统及方法，其能够采集方向数据，为所述高分辨TOF成像系统所获得的三维图像增加方向信息。

本发明的另一目的在于提供一高分辨TOF成像系统及方法，其中所述高分辨TOF成像系统包括一方向传感单元，其中所述方向传感单元能采集并传输一方向数据，以使所述高分辨TOF成像系统能实现很多增强现实的功能。

本发明的另一目的在于提供一高分辨TOF成像系统及方法，其中所述高分辨TOF成像系统的一光源单元包括一保护模块，其中所述保护模块能防止因发生过流而增大所述光源单元产生的激光的强度，用于将所述激光的强度限制在一安全范围内，以防损伤被拍摄物体或人眼。

本发明的另一目的在于提供一高分辨TOF成像系统及方法，其易于直接与一电子设备通信地连接，方便地完成数据的传递与控制，使得一用户能够快捷地获得视频或图片数据。

本发明的另一目的在于提供一高分辨TOF成像系统及方法，其中所述高分辨TOF成像系统所获得的图像(或深度图像)具有较高的测量精度和/或良好的分辨率。

为了实现上述至少一发明目的或其他目的和优点，本发明提供了一高分辨TOF成像系统，包括：

一控制处理单元，其中所述控制处理单元包括一控制模块和一处理模块，其中所述控制模块用于生成一控制信号；和

一TOF摄像模组，其中所述控制处理单元与所述TOF摄像模组可通信连接，并且所述TOF摄像模组包括：

一光源单元，其中所述光源单元与所述控制模块可通信地连接，所述光源单元接收所述控制信号，用于朝一被测目标发出一发射光；和

一CCD感光单元，其中所述CCD感光单元分别与所述控制模块和所述处理模块可通信地连接，所述CCD感光单元接收所述控制信号，用于感应被该被测目标发射回的一反射光，以产生一数字数据，并将所述数字数据传输至所述处理模块，所述处理模块接收并处理所述数字数据，以生成一深度数据。

在本发明的一些实施例中，所述CCD感光单元包括一CCD感应模块和一模数转换模块，其中所述CCD感应模块分别与所述控制模块和所述模数转换模块可通信连接，所述模数转换模块与所述处理模块可通信连接，其中所述CCD感应模块接收来自所述控制模块的所述控制信号以执行快速曝光动作，用于感应所述反射光以生成一模拟数据，并且将所述模拟数据传输至所述模数转换模块，其中所述模数转换模块接收所述模拟数据，以将所述模拟数据转换成所述数字数据。

在本发明的一些实施例中，所述控制处理单元还包括一优化模块，其中所述优化模块分别可通信地连接所述处理模块和所述模数转换模块，其中所述优化模块接收来自所述模数转换模块的所述数字数据，以优化所述数字数据，所述处理模块接收被优化的所述数字数据以生成所述深度数据。

在本发明的一些实施例中，所述光源单元包括一光源发生模块、一光源驱动模块以及一保护模块，并且所述光源发生模块分别可通信地连接于所述光源驱动模块和所述保护模块，其中所述光源驱动模块与所述控制处理单元的所述控制模块可通信连接，使得当所述控制模块产生所述控制信号时，所述光源驱动模块接收所述控制信号，并基于所述控制信号产生一驱动信号，所述光源发生模块接收所述驱动信号，并基于所述驱动信号而产生所述发射光，其中所述保护模块被设置以保护所述光源发生模块工作。

在本发明的一些实施例中，所述高分辨TOF成像系统还包括一颜色传感单元，其中所述颜色传感单元与所述控制处理单元可通信地连接，并且所述颜色传感单元能接收所述控制信号，用于接收来自该被测目标的一环境光，以生成一颜色数据，其中所述控制处理单元还包括一融合模块，并且所述融合模块分别与所述处理模块和所述颜色传感单元可通信连接，以使所述融合模块能接收并融合所述深度数据和所述颜色数据，以生成一颜色深度数据，用于高度还原所述被测目标的三维图像。

在本发明的一些实施例中，所述颜色传感单元为一RGB传感器，其中所述RGB传感器用于采集来自该被测目标的该环境光，以生成一RGB数据，使得所述融合模块融合所述深度数据和所述RGB数据，以形成一RGBD数据。

在本发明的一些实施例中，所述高分辨TOF成像系统还包括一方向传感单元，其中所述方向传感单元与所述控制处理单元可通信连接，并且所述方向传感单元能接收所述控制信号，用于采集一方向信息，以生成一方向数据，其中所述控制处理单元还包括一整合模块，其中所述整合模块分别与所述融合模块和所述方向传感单元可通信地连接，以使所述整合模块能接收并整合所述RGBD数据和所述方向数据，以生成一整合数据。

在本发明的一些实施例中，所述方向传感单元为一惯性测量单元。

在本发明的一些实施例中，所述高分辨TOF成像系统还包括一接口单元，其中所述接口单元与所述控制处理单元可通信连接。

在本发明的一些实施例中，所述控制处理单元还包括一储存模块，其中所述储存模块分别与所述处理模块和所述接口单元可通信连接，以接收并储存来自所述处理模块的所述深度数据。

在本发明的一些实施例中，所述控制处理单元还包括一储存模块，其中所述储存模块分别与所述融合模块和所述接口单元可通信连接，以接收并储存来自所述融合模块的所述颜色深度数据。

在本发明的一些实施例中，所述控制处理单元还包括一储存模块，其中所述储存模块分别与所述整合模块和所述接口单元可通信连接，以接收并储存来自所述整合模块的所述整合数据。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一高分辨TOF成像方法，包括以下步骤：

(a)通过一TOF摄像模组，采集一被测目标的深度信息，以生成一深度数据；

(b)通过一颜色传感单元，采集该被测目标的颜色信息，以生成一颜色数据；以及

(c)融合所述深度数据和所述颜色数据，以生成一颜色深度数据。

在本发明的一些实施例中，所述高分辨TOF成像方法还包括：步骤(d)通过一方向传感单元，采集一方向信息，以生成一方向数据；和步骤(e)整合所述颜色深度数据和所述方向数据，以生成一整合数据。

在本发明的一些实施例中，在所述步骤(a)中，所述TOF摄像模组包括一光源单元和一CCD感光单元，其中所述光源单元和所述CCD感光单元分别与一控制处理单元可通信地连接，其中所述控制处理单元的一控制模块产生一控制信号，所述光源单元接收所述控制信号，用于朝一被测目标发出一发射光，所述CCD感光单元同步接收所述控制信号，用于感应被该被测目标发射回的一反射光，以产生一数字数据，所述控制处理单元的所述处理模块接收并处理所述数字数据，以生成所述深度数据。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1是根据本发明的一较佳实施例的一高分辨TOF成像系统的系统结构示意图。

图2是根据本发明的上述较佳实施例的所述高分辨TOF成像系统的一控制处理模块的结构示意图。

图3是根据本发明的上述较佳实施例的所述高分辨TOF成像系统的一光源单元的结构示意图。

图4是根据本发明的上述较佳实施例的所述高分辨TOF成像系统的一CCD感光单元的结构示意图。

图5是根据本发明的上述较佳实施例的所述高分辨TOF成像系统采集一深度信息的示意图。

图6是根据本发明的上述较佳实施例的所述高分辨TOF成像系统采集一RGBD信息的示意图。

图7是根据本发明的上述较佳实施例的所述高分辨TOF成像系统采集一整合信息的示意图。

图8是根据本发明的一高分辨TOF成像方法的流程示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本发明的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。

随着智能技术和虚拟现实的快速发展和广泛应用，TOF技术也随之快速发展，同时也面临诸多问题。比如，TOF技术在实际使用时的安全性、工作的安全可靠性、所获得的深度信息的精度和及时性、以及所采集的图像信息的完整性等问题，这些都是亟待解决的问题，而根据本发明提供一高分辨TOF成像系统，所述高分辨TOF成像系统通过时间间隔来计算光线信号的飞行时间，进一步基于光线信号的三维飞行时间来测量一被测目标(被测物体)的深度信息，从而得到该被测目标的带有深度、距离、灰度等参数的图像信息。

更具体地，所述高分辨TOF成像系统包括一TOF摄像模组，其中所述TOF摄像模组能够朝向该被测目标发出一激光，并且所述高分辨TOF成像系统的所述TOF摄像模组能够接收到自该被测目标反射回来的激光以快速地获取具有不同时间段的几张图片，接着计算得到所述激光自发射到接收之间的时间T，进而依据S＝C*T(其中S为光程，C为光速)计算出各部分激光所经过的路程，最后计算出所述被测目标的深度信息，以获得所述被测目标的带有深度、距离、灰度等参数的图像信息。

所述高分辨TOF成像系统集成多种不同的功能，从而可以通过一个高分辨TOF成像系统实现现有技术中的多个不同设备的功能，且所述高分辨TOF成像系统的集成度高、封装小，可以配合不同的部件形成不同的TOF设备，如TOF深度相机。

如附图之图1至图7所示，是根据本发明的一较佳实施例的一高分辨TOF成像系统。根据本发明的所述较佳实施例，所述高分辨TOF成像系统包括一控制处理单元10和一TOF摄像模组20，其中所述TOF摄像模组20与所述控制处理单元10可通信地连接，并且所述TOF摄像模组20包括一光源单元21和一CCD感光单元22。

所述控制处理单元10与所述光源单元21可通信连接，以控制所述光源单元21提供一具有一预设波长的发射光，所述发射光遇到一被测目标W的表面后发生反射以形成一反射光。所述控制处理单元10与所述CCD感光单元22可通信连接，以控制所述CCD感光单元22在不同时间段快速地接收所述反射光，以获取所述被测目标W的深度信息。换句话说，在所述光源单元21发射所述发射光之后，所述CCD感光单元22快速曝光以获取几张图片，并且基于所述几张图片的获取时间段及时间间隔来计算得到所述发射光自发射至被接收之间的时间T，以计算出每张图片中点云的深度信息，接着整合所述几张图片的深度信息以计算出所述被测目标W的深度信息，从而获得被测目标的图像，并且所述图像具有所述深度信息。本领域技术人员应当理解，在本发明的所述较佳实施例中，所述高分辨TOF成像系统是通过测量一脉冲信号从发射到接收的时间间隔t(常被称为脉冲测距法)来实现对所述被测目标W(或被测物体)的三维结构或三维轮廓的测量，进而获得所述被测目标W的深度信息。

更具体地，如图2所示，所述控制处理单元10包括一控制模块11，其中所述控制模块11分别与所述光源单元21和所述CCD感光单元22可通信地电连接，其中所述控制模块11能生成一控制信号，并将所述控制信号传输给所述光源单元21和所述CCD感光单元22，使得所述光源单元21接收到所述控制信号后发射所述发射光，所述CCD感光单元22接收到所述控制信号后快速曝光以获取所述几张图片。优选地，所述控制模块11能同步地传输所述控制信号至所述光源单元21和所述CCD感光单元22，以使所述光源单元21和所述CCD感光单元22同步工作，用于提高所述高分辨TOF成像系统所获取的所述被测目标W的所述深度信息的精度。值得注意的是，所述通信连接的方式举例地但不限于被实施为有线或无线的连接方式，如电连接方式，信号连接方式。

如图3所示，所述光源单元21包括一光源发生模块211和一光源驱动模块212，其中所述光源发生模块211通过所述光源驱动模块212与所述控制处理单元10的所述控制模块11可通信连接，使得当所述控制处理单元10的所述控制模块11产生所述控制信号时，所述光源驱动模块212能接收所述控制信号，并基于所述控制信号产生一驱动信号，所述光源发生模块211能接收所述驱动信号，并基于所述驱动信号而产生具有一预设波长的所述发射光。换句话说，所述控制处理单元10的所述控制模块11通过所述光源驱动模块212驱动所述光源发生模块211工作，进而控制所述光源发生模块211产生所述发射光。本领域技术人员应当理解，本发明的所述高分辨TOF成像系统的所述光源发生模块211产生(发射)的所述发射光可以是红外光，并且当所述发射光遇到所述被测目标W后，所述发射光在所述被测目标W处发生发射以形成一反射光。优选地，所述光源发生模块211被实施为VCSEL((VerticalCavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)，并且所述光源发生模块211产生(发射)的所述发射光为一具有所述预设波长的红外激光。

值得注意的是，在一些实施例中，所述光源驱动模块212被实施为一光源驱动电路，并且所述光源驱动电路用于驱动所述光源发生模块211工作，以产生所述发射光。举例地，所述光源驱动模块212的驱动方式可以是激光恒压驱动，也可以是脉冲电压驱动，并且所述脉冲电压的频率可以达到60MHz。

如图3所示，所述光源单元21还包括一保护模块213，其中所述保护模块213被设置以保护所述光源发生模块211工作，以限制所述光源发生模块211在一预定功率范围内工作，并防止所述光源发生模块211所产生的所述发射光的强度超过一预定强度。在本发明的所述较佳实施例中，所述保护模块213可通电地连接于所述光源发生模块211，以便于在所述光源驱动模块212驱动所述光源发生模块211工作时，所述包括模块213保护所述光源发生模块211的工作，以有效地防止发生过流现象，进而将所述发射光的强度限制在一安全范围内。

优选地，所述保护模块213被实施为一保护电路，以防止因过流导致激光强度增大，并针对异常操作起到有效人眼安全保护，满足IEC-2014-calss1标准。举例地，所述保护电路可以设置限制电流，但电流大于限制值时，所述保护电路可以动作，比如断开所述光源单元21的所述光源发生模块211的电源，使得所述光源发生模块211停止工作。本领域技术人员应当理解，所述保护电路可以包括一电源，所述电源为所述保护电路提供工作电能，所述电源可以是所述保护电路的元件，也可以是通过外部电路提供的电流，本发明在这方面并不限制。

根据本发明所述较佳实施例，如图4所示，所述TOF摄像模组20的所述CCD感光单元22包括一CCD感应模块221和一模数转换模块222。所述CCD感应模块221可通信连接于所述控制处理单元10，使得当所述控制处理单元10的所述控制模块11产生所述控制信号时，所述CCD感应模块221接收所述控制信号，并且所述CCD感应模块221基于所述控制信号以执行快速曝光动作以获取所述被测目标W的所述几张图片。换句话说，当所述CCD感应模块221执行快速曝光动作时，所述CCD感应模块221能分阶段地接收自所述被测目标W反射回的所述反射光，并且基于所接收到的所述反射光生成一组模拟数据。

值得一提的是，如图2和图4所示，所述控制处理单元10还包括一处理模块12，所述CCD感光单元22还包括一模数转换模块222。所述处理模块12与所述CCD感光单元22的所述模数转换模块222可通信连接，其中所述模数转换模块222能接收来自所述CCD感应模块221的所述模拟数据，并将所述模拟数据转换成一数字数据，接着所述模数转换模块222将所述数字数据传输至所述控制处理单元10的所述处理模块12。所述控制处理单元10的所述处理模块12接收并处理所述数字数据，以生成所述被测目标W的一深度数据，进而获得所述被测目标W的所述深度信息。

值得注意的是，所述模数转换模块222优选地被实施为一模数转换器(ADC)，以使所述数字数据被实施为一MIPI标准数据，以便于所述控制处理单元10接收并处理所述CCD感应模块221所生成的所述模拟数据，进而有助于所述控制处理单元10通过处理所述数字数据来获得所述被测目标W的所述深度信息，进而模拟出所述被测目标W的三维图像(灰色图像)，也就是说，所述控制处理单元10能够基于所述数字数据而获得所述被测目标W的深度图像信息，即所述高分辨TOF成像系统获得的信息包括所述被测目标W的深度信息和所述被测目标W的平面图像信息(灰色)。

优选地，所述CCD感应模块221被实施为一CCD传感器，以通过所述CCD传感器来分阶段地快速接收自所述被测目标W反射回的所述反射光。本领域技术人员应当理解，所述CCD传感器具有高速曝光特性，进而所述高分辨TOF成像系统能利用所述CCD传感器的高速曝光特性来实现深度测量，并且提高所述高分辨TOF成像系统的分辨率。具体地，在本发明的一些实施例中，所述高分辨TOF成像系统的所述TOF摄像模组的分辨率可以达到640*480，相比于该传统TOF相机(利用CMOS芯片)的分辨率(一般为224*172)，所述高分辨TOF成像系统的分辨率有了巨大的提高。此外，在图像采集方面，所述CCD传感器比该传统TOF相机的该CMOS芯片有更低的噪声，进而有助于提高后期深度计算的精度，以及有助于提高所述高分辨TOF成像系统所获得的图像的画质。

值得一提的是，所述控制处理单元10优选地被实施为一数字信号处理器(简称DSP)，以便处理来自所述CCD感应单元30的所述模数转换模块222的所述数字数据，以获得所述被测目标的所述深度信息。

更优选地，如图2所示，所述控制处理单元10还包括一优化模块13，其中所述优化模块13连接于所述模数转换模块222和所述处理模块12之间，所述优化模块13能接收并优化来自所述模数转换模块222的所述数字数据，以生成一优化数字数据，接着所述处理模块12接收并处理所述优化数字数据，以生成经过优化处理后所述被测目标W的所述深度数据，进而获得具有更高精度的所述被测目标W的所述深度信息。换句话说，所述优化模块13能降低所述数字数据中包含的来自所述CCD感光单元22的噪声干扰，以及来自其他杂光(不是所述光源单元21的所述光源发生模块211所发射的所述发射光)的干扰，进而达到优化所述数字数据的目的，以提高所获得的所述深度信息的精度。

根据本发明的所述较佳实施例，如图1所示，所述高分辨TOF成像系统还包括一颜色传感单元30，其中所述颜色传感单元30与所述控制处理单元10可通信连接，使得当所述控制处理单元10的所述控制模块11产生所述控制信号时，所述颜色传感单元30能接收所述控制信号，使得所述控制处理单元10的所述控制模块11能够同步地控制所述颜色传感单元30接收来自所述被测目标的环境光(一般为经所述被测目标反射或发出的可见光/自然光)，以生成所述被测目标W的一颜色数据，进而获得所述被测目标W的一颜色信息，即所述被测目标W的彩色图像信息。

如图2所示，所述控制处理单元10还包括一融合模块14，其中所述融合模块14可通信连接于所述处理模块12和所述颜色传感单元30，所述处理模块12将所述深度数据传输至所述融合模块14，所述颜色传感单元30将所述颜色数据传输至所述融合模块14，所述融合模块14接收并融合所述深度数据和所述颜色数据，以生成一颜色深度数据(具有深度数据的所述彩色图像信息)。也就是说，所述控制处理单元10的所述融合模块14能将所述颜色信息和所述深度信息融合，以生成具有所述颜色信息的三维图像。换句话说，由于所述控制处理单元10的所述融合模块14将所述被测目标W的所述深度信息和所述颜色信息相互融合，以实现普通的彩色图像带有深度信息，以便高度还原所述被测目标W的三维彩色图像(即获得高精度三维建模)。

值得一提的是，所述颜色传感单元30可以但不限于被实施为一RGB传感器，以通过所述RGB传感器获取所述被测目标W的一RGB数据(即所述颜色数据，其中所述颜色数据包含所述被测目标W的所述颜色信息)，接着所述控制处理单元10的所述融合模块14能够接收所述RGB数据，也就是说，所述控制处理单元10能同步采集所述被测目标W的所述颜色信息。接着，所述控制处理单元10的所述融合模块14融合所述深度数据和所述RGB数据，以形成一RGBD数据(具有深度数据的RGB数据)，进而获得所述被测目标W的RGBD信息，以便高度还原所述被测目标W的三维场景，或者高精度地进行三维建模以真实展现所述被测目标W的立体结构和颜色。换句话说，通过所述高分辨TOF成像系统能够获得所述被测目标W的带有所述深度信息的普通RGB图像信息，即所述高分辨TOF成像系统能够为所述RGB图像信息添加所述深度信息。本领域技术人员应当理解，所述控制处理单元10的所述融合模块14可以但不限于以贴图的方式将所述RGB图像信息与所述深度信息融合在一起，进而模拟出所述被测目标W的三维彩色图像(即RGBD图像)。本领域技术人员还应当理解，所述RGBD数据包含RGBD信息，其中所述RGBD信息包括所述被测目标W的所述深度信息和所述被测目标W的所述颜色信息。

值得注意的是，所述颜色传感单元30所生成的所述颜色数据(所述RGB数据)被实施为一具有MIPI标准格式的数据，便于所述控制处理单元10分析并处理所述颜色数据以采集所述被测目标W的所述颜色信息。

根据本发明的所述较佳实施例，如图1所示，所述高分辨TOF成像系统还包括一方向传感单元40，其中所述方向传感单元40与所述控制处理单元10的所述控制模块11相连接，并且当所述控制处理单元10的所述控制模块11产生所述控制信号时，所述方向传感单元40能接收所述控制信号，使得所述控制处理单元10的所述控制模块11能够同步地控制所述方向传感单元40工作，以使所述方向传感单元40同步采集一方向信息，以生成一方向数据。

值得一提的是，如图2所示，所述控制处理单元10还包括一整合模块15，其中所述整合模块15分别与所述方向传感单元40和所述融合模块14相连接。所述融合模块14将所述RGBD数据(所述颜色深度数据)传输至所述整合模块15，所述方向传感单元40将所述方向数据传输至所述整合模块15，所述整合模块15接收并整合所述RGBD数据和所述方向数据，以生成一整合数据，其中所述整合数据为具有所述方向信息的所述RGBD数据，用于为所述被测目标W的所述RGBD数据添加方向信息，也就是说，通过整合所述方向数据和所述被测目标W的所述RGBD数据，以获得具有方向信息的所述被测目标W的三维立体图像，进而使所述高分辨TOF成像系统能实现很多增强现实的功能。举例地，所述高分辨TOF成像系统所获得的所述整合数据能被应用于三维场景的高度还原、高精度的三维建模、或者导航等等。本领域技术人员应当理解，所述整合数据包含整合信息，其中所述整合信息包括所述方向信息、所述被测目标W的所述深度信息、以及所述被测目标W的所述颜色信息。

值得注意的是，所述方向传感单元40可以被实施为一惯性测量单元(简称IMU)，也可以被实施为一陀螺仪，以便通过所述方向传感单元40采集所述方向数据。本领域技术人员应当理解，所述方向传感单元40采集的所述方向数据被实施为一具有MIPI标准格式的数据，便于所述控制处理单元10接收并整合所述方向数据，用于为所述被测目标W的三维图像添加方向信息。

根据本发明的所述较佳实施例，如图1所示，所述高分辨TOF成像系统还包括一接口单元50，其中所述接口单元50与所述控制处理单元10相连接，以将所述控制处理单元10所获得的所述深度数据、所述颜色深度数据(RGBD数据)、或者所述整合数据传输至一电子设备C，比如传输至诸如导航仪、智能手机、计算机等等之类的一智能终端。本领域技术人员应当理解，所述深度数据、所述颜色深度数据(RGBD数据)、或者所述整合数据也可以被实施为一视频或图片数据，以方便普通用户利用所述深度数据、所述颜色深度数据(RGBD数据)、或者所述整合数据。

优选地，所述接口单元50被实施为一USB3.0端口，由于所述USB3.0端口为相机的标准输出端口，因此普通用户能够简便地获取所述视频或图片数据，以增强所述高分辨TOF成像系统的普适性。在一些实施例中，所述接口单元50也可以被实施为一多针连接器。

值得一提的是，如图1和图2所示，所述控制处理单元10还包括一存储模块16，其中所述存储模块16可与所述处理模块12、所述融合模块14、或者所述整合模块15可通信连接，以存储相应的所述深度数据、所述颜色深度数据(所述RGBD数据)、或者所述整合数据。所述存储模块16与所述接口单元50可通信连接，以通过所述接口单元50提取被储存于所述存储模块16内的所述深度数据、所述颜色深度数据(所述RGBD数据)、或者所述整合数据。

如图5所示，是根据本发明的上述较佳实施例的所述高分辨TOF成像系统采集一深度信息的示意图。根据本发明的所述较佳实施例，所述高分辨TOF成像系统的所述控制处理单元10的所述控制模块11产生所述控制信号，并且所述控制模块11将所述控制信号同时传输至所述TOF摄像模组20的所述光源单元21的所述光源驱动模块212和所述TOF摄像模组20的所述CCD感光单元22的所述CCD感应模块221；所述光源驱动模块22接收所述控制信号以产生所述驱动信号，所述光源驱动模块22将所述驱动信传输至所述光源单元21的所述光源发生模块211；所述光源发生模块211接收所述驱动信号以朝向所述被测目标W发出所述发射光，所述发射光遇到所述被测目标W后发生反射以形成所述反射光；所述CCD感应模块221接收所述控制信号以执行快速曝光动作，用于感应被所述被测目标W反射回的所述反射光，以产生包含有所述深度信息的所述模拟数据；所述CCD感应单元22的所述模数转换模块222接收所述模拟数据，以将所述模拟数据转换成所述数字数据，并将所述数字数据传输至所述控制处理单元10的所述优化模块13；所述优化模块13接收所述数字数据，通过优化所述数字数据以产生所述优化数字数据；所述处理模块12接收并处理所述优化数字数据，以生成所述深度数据，其中所述深度数据包含所述被测目标W的所述深度信息，所述处理模块13可将所述深度数据传输至所述控制处理单元10的所述存储模块16；所述存储模块16接收并储存所述深度数据，以储存所述被测目标W的所述深度信息，便于被随时提取以利用。本领域技术人员应当理解，所述处理模块13也可将所述深度数据传输至所述接口单元50，以便通过所述接口单元50将所述深度数据传输至所述电子设备，以便用户使用。此外，所述存储模块16与所述接口单元50可通信连接，以通过所述接口单元50将储存于所述存储模块16中的所述深度数据传输至所述电子设备，以方便普通用户获得所述被测目标W的深度信息。

如图6所示，是根据本发明的上述较佳实施例的所述高分辨TOF成像系统采集一RGBD信息的示意图。根据本发明的所述较佳实施例，所述高分辨TOF成像系统的所述控制处理单元10的所述控制模块11产生所述控制信号，所述控制模块11将所述控制信号同步传输至所述颜色传感单元30的所述RGB传感器31；所述RGB传感器31基于所述控制信号执行采集所述被测目标W的所述环境光的动作，以生成所述RGB数据(即所述颜色数据)，所述RGB传感器31将所述RGB数据传输至所述融合模块14；所述处理模块12将所述深度数据传输至所述融合模块14；所述融合模块14同步接收所述深度数据和所述RGB数据，以融合成所述RGBD数据，其中所述RGBD数据为带有所述颜色信息的所述深度数据，也就是说，所述RGBD数据包含有所述被测目标W的所述颜色信息和所述深度信息。所述融合模块14可将所述RGBD数据传输至所述控制处理单元10的所述存储模块16；所述存储模块16接收并储存所述RGBD数据，以储存被融合后的所述被测目标W的所述深度信息和所述颜色信息，便于被随时提取以利用。本领域技术人员应当理解，所述融合模块14也可将所述RGBD数据传输至所述接口单元50，以便通过所述接口单元50将所述RGBD数据传输至所述电子设备，以便用户使用。

如图7所示，是根据本发明的上述较佳实施例的所述高分辨TOF成像系统采集一整合信息的示意图。根据本发明的所述较佳实施例，所述高分辨TOF成像系统的所述控制处理单元10的所述控制模块11产生所述控制信号，所述控制模块11将所述控制信号同步传输至所述方向传感单元40，所述方向传感单元40基于所述控制信号同步采集所述方向信息，以生成所述方向数据，所述方向传感单元40将所述方向数据传输至所述整合模块15；所述整合模块15接收并整合来自所述融合模块14的所述RGBD数据和来自所述方向传感单元40的所述方向数据，以生成所述整合数据。所述整合模块15将所述整合数据传输至所述存储模块16，所述存储模块16接收并储存所述整合数据，其中所述整合数据为带有方向信息的所述RGBD数据，换句话说，所述整合数据包含所述整合信息，其中所述整合信息包括所述方向信息、所述被测目标W的所述深度信息和所述颜色信息。本领域技术人员应当理解，所述整合模块15也可将所述整合数据传输至所述接口单元50，以便通过所述接口单元50将所述整合数据传输至所述电子设备，以便用户使用。

值得一提的是，所述融合模块14也可自所述储存模块16中提取所述深度数据，以便将所述深度数据与所述RGB数据融合以生成所述RGBD数据。此外，所述整合模块15也可自所述储存模块16中提取所述RGBD数据，以便将所述方向数据与所述RGBD数据整合以生成所述整合数据。

如图8所示，是根据本发明的一高分辨TOF成像方法的流程示意图。根据本发明的所述高分辨TOF成像方法，包括以下步骤：

S1：通过一TOF摄像模组20，采集一被测目标W的深度信息，以生成一深度数据；

S2：通过一颜色传感单元30，采集该被测目标W的颜色信息，以生成一颜色数据；以及

S3：融合所述深度数据和所述颜色数据，以生成一颜色深度数据。

值得一提的是，所述高分辨TOF成像方法还包括步骤S4：通过一方向传感单元40，采集一方向信息，以生成一方向数据；和S5：整合所述颜色深度数据和所述方向数据，以生成一整合数据。

值得注意的是，在所述步骤S1中，所述TOF摄像模组20包括一光源单元21和一CCD感光单元22，其中所述光源单元21和所述CCD感光单元22分别与一控制处理单元10可通信地连接，其中所述控制处理单元10的一控制模块11产生一控制信号，所述光源单元21接收所述控制信号，用于朝一被测目标W发出一发射光，所述CCD感光单元22同步接收所述控制信号，用于感应被该被测目标W发射回的一反射光，以产生一数字数据，所述控制处理单元10的所述处理模块12接收并处理所述数字数据，以生成所述深度数据。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (21)

1.一高分辨TOF成像系统，其特征在于，包括：

一控制处理单元，其中所述控制处理单元包括一控制模块和一处理模块，其中所述控制模块用于生成一控制信号；和

一TOF摄像模组，其中所述控制处理单元与所述TOF摄像模组可通信连接，并且所述TOF摄像模组包括：

一光源单元，其中所述光源单元与所述控制模块可通信地连接，所述光源单元接收所述控制信号，用于朝一被测目标发出一发射光；和

一CCD感光单元，其中所述CCD感光单元分别与所述控制模块和所述处理模块可通信地连接，所述CCD感光单元接收所述控制信号，用于感应被该被测目标发射回的一反射光，以产生一数字数据，并将所述数字数据传输至所述处理模块，所述处理模块接收并处理所述数字数据，以生成一深度数据。

2.根据权利要求1所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，其中所述CCD感光单元包括一CCD感应模块和一模数转换模块，其中所述CCD感应模块分别与所述控制模块和所述模数转换模块可通信连接，所述模数转换模块与所述处理模块可通信连接，其中所述CCD感应模块接收来自所述控制模块的所述控制信号以执行快速曝光动作，用于感应所述反射光以生成一模拟数据，并且将所述模拟数据传输至所述模数转换模块，其中所述模数转换模块接收所述模拟数据，以将所述模拟数据转换成所述数字数据。

3.根据权利要求2所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，其中所述控制处理单元还包括一优化模块，其中所述优化模块分别可通信地连接所述处理模块和所述模数转换模块，其中所述优化模块接收来自所述模数转换模块的所述数字数据，以优化所述数字数据，所述处理模块接收被优化的所述数字数据以生成所述深度数据。

4.根据权利要求1所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，其中所述光源单元包括一光源发生模块、一光源驱动模块以及一保护模块，并且所述光源发生模块分别可通信地连接于所述光源驱动模块和所述保护模块，其中所述光源驱动模块与所述控制处理单元的所述控制模块可通信连接，使得当所述控制模块产生所述控制信号时，所述光源驱动模块接收所述控制信号，并基于所述控制信号产生一驱动信号，所述光源发生模块接收所述驱动信号，并基于所述驱动信号而产生所述发射光，其中所述保护模块被设置以保护所述光源发生模块工作。

5.根据权利要求3所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，其中所述光源单元包括一光源发生模块、一光源驱动模块以及一保护模块，并且所述光源发生模块分别可通信地连接于所述光源驱动模块和所述保护模块，其中所述光源驱动模块与所述控制处理单元的所述控制模块可通信连接，使得当所述控制模块产生所述控制信号时，所述光源驱动模块接收所述控制信号，并基于所述控制信号产生一驱动信号，所述光源发生模块接收所述驱动信号，并基于所述驱动信号而产生所述发射光，其中所述保护模块被设置以保护所述光源发生模块工作。

6.根据权利要求1所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，还包括一颜色传感单元，其中所述颜色传感单元与所述控制处理单元可通信地连接，并且所述颜色传感单元能接收所述控制信号，用于接收来自该被测目标的一环境光，以生成一颜色数据，其中所述控制处理单元还包括一融合模块，并且所述融合模块分别与所述处理模块和所述颜色传感单元可通信连接，以使所述融合模块能接收并融合所述深度数据和所述颜色数据，以生成一颜色深度数据，用于高度还原所述被测目标的三维图像。

7.根据权利要求3所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，还包括一颜色传感单元，其中所述颜色传感单元与所述控制处理单元可通信地连接，并且所述颜色传感单元能接收所述控制信号，用于接收来自该被测目标的一环境光，以生成一颜色数据，其中所述控制处理单元还包括一融合模块，并且所述融合模块分别与所述处理模块和所述颜色传感单元可通信连接，以使所述融合模块能接收并融合所述深度数据和所述颜色数据，以生成一颜色深度数据，用于高度还原所述被测目标的三维图像。

8.根据权利要求5所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，还包括一颜色传感单元，其中所述颜色传感单元与所述控制处理单元可通信地连接，并且所述颜色传感单元能接收所述控制信号，用于接收来自该被测目标的一环境光，以生成一颜色数据，其中所述控制处理单元还包括一融合模块，并且所述融合模块分别与所述处理模块和所述颜色传感单元可通信连接，以使所述融合模块能接收并融合所述深度数据和所述颜色数据，以生成一颜色深度数据，用于高度还原所述被测目标的三维图像。

9.根据权利要求6、7或8所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，其中所述颜色传感单元为一RGB传感器，其中所述RGB传感器用于采集来自该被测目标的该环境光，以生成一RGB数据，使得所述融合模块融合所述深度数据和所述RGB数据，以形成一RGBD数据。

10.根据权利要求9所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，还包括一方向传感单元，其中所述方向传感单元与所述控制处理单元可通信连接，并且所述方向传感单元能接收所述控制信号，用于采集一方向信息，以生成一方向数据，其中所述控制处理单元还包括一整合模块，其中所述整合模块分别与所述融合模块和所述方向传感单元可通信地连接，以使所述整合模块能接收并整合所述RGBD数据和所述方向数据，以生成一整合数据。

11.根据权利要求10所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，其中所述方向传感单元为一惯性测量单元。

12.根据权利要求1所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，还包括一接口单元，其中所述接口单元与所述控制处理单元可通信连接。

13.根据权利要求8所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，还包括一接口单元，其中所述接口单元与所述控制处理单元可通信连接。

14.根据权利要求11所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，还包括一接口单元，其中所述接口单元与所述控制处理单元可通信连接。

15.根据权利要求12所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，其中所述控制处理单元还包括一储存模块，其中所述储存模块分别与所述处理模块和所述接口单元可通信连接，以接收并储存来自所述处理模块的所述深度数据。

16.根据权利要求13所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，其中所述控制处理单元还包括一储存模块，其中所述储存模块分别与所述融合模块和所述接口单元可通信连接，以接收并储存来自所述融合模块的所述颜色深度数据。

17.根据权利要求14所述高分辨TOF成像系统，其特征在于，其中所述控制处理单元还包括一储存模块，其中所述储存模块分别与所述整合模块和所述接口单元可通信连接，以接收并储存来自所述整合模块的所述整合数据。

18.一高分辨TOF成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)通过一TOF摄像模组，采集一被测目标的深度信息，以生成一深度数据；

(b)通过一颜色传感单元，采集该被测目标的颜色信息，以生成一颜色数据；以及

(c)融合所述深度数据和所述颜色数据，以生成一颜色深度数据。

19.根据权利要求18所述高分辨TOF成像方法，其特征在于，还包括：步骤(d)通过一方向传感单元，采集一方向信息，以生成一方向数据；和步骤(e)整合所述颜色深度数据和所述方向数据，以生成一整合数据。

20.根据权利要求18所述高分辨TOF成像方法，其特征在于，其中在所述步骤(a)中，所述TOF摄像模组包括一光源单元和一CCD感光单元，其中所述光源单元和所述CCD感光单元分别与一控制处理单元可通信地连接，其中所述控制处理单元的一控制模块产生一控制信号，所述光源单元接收所述控制信号，用于朝一被测目标发出一发射光，所述CCD感光单元同步接收所述控制信号，用于感应被该被测目标发射回的一反射光，以产生一数字数据，所述控制处理单元的所述处理模块接收并处理所述数字数据，以生成所述深度数据。

21.根据权利要求19所述高分辨TOF成像方法，其特征在于，其中在所述步骤(a)中，所述TOF摄像模组包括一光源单元和一CCD感光单元，其中所述光源单元和所述CCD感光单元分别与一控制处理单元可通信地连接，其中所述控制处理单元的一控制模块产生一控制信号，所述光源单元接收所述控制信号，用于朝一被测目标发出一发射光，所述CCD感光单元同步接收所述控制信号，用于感应被该被测目标发射回的一反射光，以产生一数字数据，所述控制处理单元的所述处理模块接收并处理所述数字数据，以生成所述深度数据。